一种使用光纤式光电液位开关测量液位的方法及其装置，属于自动控制技术的传感器元件领域。该方法主要利用光线折射原理，发射光纤射出的光线相对于液位指示器外表面的法线成一定角度倾斜入射，经液位指示器内外壁及其中介质的多次折射后射出；当光线所经过的管内介质发生变化时，介质的光学折射率不同，导致光线穿过液位指示器的路径发生偏转，并最终改变开关控制信号，从而达到测量液位的目的。本发明专利技术还提供了一种能够实现这种方法的定位保持装置，包括入射支架、接收支架、滑槽、滑环和夹紧装置。本发明专利技术所提出的方法可实现微细透明液柱的准确定位，而且不需要与被测介质相接触，专门设计的定位保持装置可使安装调试简单快速、方便易行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动控制技术的传感器元件领域，特别涉及一种使用光纤式光电液位开关测 量液位的方法及其装置。
技术介绍
液位控制在石油、化工、医药、环境、流体工程等众多工业领域中有广泛的实际应用。 液位控制开关的功能是当所被观测的液体在某种容器内的液位高度达到(上升或下降)至 指定的位置时，液位开关就立刻发出一个控制信号——通常是一个电路开关的通断转换动作 ——从而为液位的自动调节控制提供直接、准确的传感信号。目前工业领域大量使用的液位开关有超声波式、浮力式、浸入式、电容式、音叉式、压 力式、光电式等多种工作原理。其中大多数属于接触式液位开关，要求探测元件直接与被测 液体接触，从而带来耐温、耐压、耐腐蚀、防止相互污染等一系列技术问题，这在很多情况 下是不允许或不方便的。有些测量方法虽然是非接触式(如超声波式液位开关)，但却必须 在容器上开孔和插入探测元件，因此也存在着类似的技术难点与问题。光电式液位开关是一种能够真正实现非接触式测量的液位测量方法，目前采用的均是光 线阻挡式测量原理。具体工作原理和测量方法是通常要求在盛装液体的容器侧面设置有由 管状透明材料(如玻璃管)构成、上下两端与容器连通的液位指示器，指示器玻璃管中的液 体高度与容器内的液体高度相等；将光电开关的光线发生器和接收器分别安置在玻璃管指定高度处的两侧，光线发生器发出的光线透过玻璃管被接收器接收，然后经放大电路转换为电 信号；当液位指示器玻璃管内的液柱升高至光线所在位置时，通过完全阻挡或大大削弱透射 光线，使光线接收器感受不到光线信号；放大电路工作状态随之发生改变，进而输出一个电 路状态转变的电信号，实现液位指示和控制。这种依据光线阻挡式工作原理工作的光电液位开关，与光电式定位开关、接触开关或限 位器等光电位置传感器相同，要求被测液体为不透明或半透明性。而对于液体透明度很好、 管内液柱较细(因此对光线削弱程度小)以及管壁相对较厚的工作情况，这种光电液位开关 就无法正常工作或者可靠性较差了。因此，透明液体微细液柱的非接触式液位测量问题，是 目前液位开关尚未解决的一个空白。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种使用光纤式光电液位开关测量液位的方法 及其装置，其特征是能够对被测液位指示器内液体透明度高、被测液位指示器较细以及被测 液位指示器管壁相对较厚的透明微细液柱实现准确、灵敏的非接触式光电液位测量；对于被测液体为不透明或半透明性、被测液位指示器内液柱较粗等(普通光电液位开关能够正常工 作)工作情况也同样适用；还可以利用两种不同液体的折射率不同来测量两种互不相溶液体 间分界面的准确定位，以及透明物体行程位置的非接触式光电测量控制。为实现上述功能，本专利技术提供了一种使用光纤式光电液位开关测量液位的方法，被测液 位指示器中先后存在两种介质，光电液位开关包括光线发生器、发射光纤、接收光纤、光线 接收器与放大电路，光线发生器产生探测光线信号，光线经发射光纤的传输射入被测液位指 示器中，射出后被接收光纤接收，传输给光线接收器，经放大电路输出电信号，本专利技术的特 点在于利用光线折射原理并配套使用一种定位保持装置来测量液位，包括如下步骤(1) 利用定位保持装置将发射光纤和接收光纤固定在被测液位指示器的设定高度处，将发射光纤与接收光纤的圆周角度调整为e,或者e 2，当发射光纤与接收光纤之间的角度为e,时，接收光纤能接收到经第一种介质折射后射出的光线；当发射光纤与接收光纤之间的角度为P2 时，接收光纤能接收到经第二种介质折射后射出的光线；(2) 探测光线相对于液位指示器外表面的法线成一定角度倾斜射入，在被测液位指示器的内 外壁和管内第一种介质中经过多次折射后从另一侧射出，当接收光纤与发射光纤之间的圆周 角度为h时，射出光线被接收光纤接收并传输给光线接收器，经放大电路输出电信号；当接收光纤与发射光纤之间的设定角度为e2时，接收光纤接收不到光线；(3) 当被测液位指示器内的第二种介质上升或下降至光线所在位置时，当接收光纤与发射光 纤之间的圆周角度为^时，接收光纤无法接收到光线信号，光线接收器与放大电路工作状态 随之发生改变，输出一个电路开关状态转变的电信号；当接收光纤与发射光纤的圆周角度为 h时，射出光线被接收光纤接收并传输给光线接收器，经放大电路输出电信号。相对于被测液位指示器中心，入射光线与射出光线之间的夹角e可按如下公式计算其中sin^=arctan A = arctan》3"3/(7 2"'))2—sin"sin/J如2/巧)2-sin2/, - ^(及3"2/(7 2巧))2-sin2 ^ /， = arctan-sin2 A .^T^/"/^))2-sin2/！ +sin2sin々(V(及i/^ 2)2 -sin2厶—^/l一sin2厶 Jl-sin2 A V(i^/i 2)2 — sin2 ^ + sin2式中，巧、 和a分别表示被测液位指示器外介质的光学折射率、液位指示器管材料的光学折射率和被测液位指示器内光线所在位置处介质的光学折射率。《、及2和及3分别代表光纤发射点所在位置的圆周半径、被测液位指示器管外径和被测液位指示器管内径。l为光线 在被测液位指示器外侧的入射角。当上式中"3取值等于被测液位指示器内第一种介质的光学折射率"31时，通过上式可以计算出入射光线经第一种介质折射后射出的光线与入射光线之间的圆周角度e"当上式中a取值等于被测液位指示器内第二种介质的光学折射率《32时，通过上式可以计算出入射光线经第二种介质折射后射出的光线与入射光线的圆周角度e 2。为了便于实现上述的使用光电液位开关测量液位的方法，本专利技术还提了一种用于固定、 调节发射光纤和接收光纤的定位保持装置，该装置主要包括入射支架、接收支架、滑槽、滑 环和夹紧装置，光电液位开关的入射光纤和接收光纤分别插入固定在入射支架和接收支架上， 入射支架固定在滑槽上，接收支架固定在滑环上，滑环可以带动接收支架在滑槽内部滑动。所述的夹紧装置设在滑槽底部，包括从滑槽底部对称伸出的两个悬片，悬片上连接有紧 定抓手；悬片上部开有圆柱孔、下部开有螺纹孔，紧定抓手有两个伸出端，上部的伸出端作为导向杆插入悬片上部的圆柱孔，下部的伸出端通过推进螺栓与悬片下部的螺纹孔连接；推进螺栓内侧设有套筒，紧定抓手下部的伸出端伸入套筒中，推进螺栓和悬片下部的螺纹孔通 过螺纹进行联接。旋转推进螺栓，可以推动紧定抓手相对于悬片径向前后移动，从而夹紧被 测液位指示器并将其调节到定位保持装置的中心位置，将整个定位保持装置固定于被测液位 指示器之上。滑槽外侧设有紧定螺钉，当调节好滑环的位置时，拧紧紧定螺钉固定滑环；入射支架通 过螺母与滑槽连接，通过调节螺母可以固定入射支架的放置角度；接收支架通过螺母与滑环 连接，通过调节螺母可以固定接收支架的放置角度。本专利技术具有如下优点(1) 本专利技术所提出的方法可实现微细、透明液柱的准确定位，测量精度不受液柱尺寸影响；(2) 本专利技术所提出的方法可以准确判断、指示出两种不同液体介质分界面的位置，不受 两种液体的颜色和透明度的影响；(3) 在管壁和被测介质颜色非常接近的情况下，也有极高的测量可靠性，对被测液体的 透明度没有特殊要求，因此适合于各种液体的液位控制；(4) 该液位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用光纤式光电液位开关测量液位的方法，被测液位指示器中先后存在两种介质，光电液位开关包括光线发生器、发射光纤、接收光纤、光线接收器与放大电路，光线发生器产生探测光线信号，光线经发射光纤的传输射入被测液位指示器中，射出后被接收光纤接收，传输给光线接收器，经放大电路输出电信号，其特征在于使用一种定位保持装置，包括如下步骤： （１）利用定位保持装置将发射光纤和接收光纤固定在被测液位指示器的设定高度处，将发射光纤与接收光纤的圆周角度调整为β↓［１］或者β↓［２］，当发射光纤 与接收光纤之间的角度为β↓［１］时，接收光纤能接收到经第一种介质折射后射出的光线；当发射光纤与接收光纤之间的角度为β↓［２］时，接收光纤能接收到经第二种介质折射后射出的光线； （２）探测光线相对于被测液位指示器外表面的法线成一定角度倾 斜射入，在被测液位指示器的内外壁和第一种介质中经过多次折射后从另一侧射出，当接收光纤与发射光纤之间的圆周角度为β↓［１］时，射出光线被接收光纤接收并传输给光线接收器，经放大电路输出电信号；当接收光纤与发射光纤之间的设定角度为β↓［２］时，接收光纤接收不到光线； （３）当被测液位指示器内的第二种介质上升或下降至光线所在位置时，当接收光纤与发射光纤之间的圆周角度为β↓［１］时，接收光纤无法接收到光线信号，光线接收器与放大电路工作状态随之发生改变，输出一个电路开关状态转变的电 信号；当接收光纤与发射光纤的圆周角度为β↓［２］时，射出光线被接收光纤接收并传输给光线接收器，经放大电路输出电信号。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张世伟，梁文升，张志军，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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